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Jun 23, 2023

Dieses „elektronische Tattoo“ kann erkennen, wann Sie gestresst sind

20. März 2023

20. März 2023

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von Adithi Ramakrishnan

Forscher der University of Texas in Austin haben ein temporäres „E-Tattoo“ für die Handfläche entwickelt, das mithilfe der elektrischen Leitfähigkeit der Haut Aufregung und Stress verfolgen kann. Das E-Tattoo könnte für Menschen mit Erkrankungen wie Angstzuständen oder Depressionen eine zuverlässige Möglichkeit sein, ihre Emotionen zu verfolgen.

In einem Forschungsbericht, der in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht wurde, blieb das Handflächen-Tattoo 15 Stunden lang bestehen, während die Probanden alltäglichen Aktivitäten wie Autofahren, Essen und Sport nachgingen.

Nanshu Lu, Professor an der University of Texas an der Cockrell School of Engineering in Austin, sagte, das E-Tattoo könne es Patienten ermöglichen, ihren Stresspegel zu verfolgen, ohne ein sperriges medizinisches Gerät tragen zu müssen.

„Das ist so ein ultradünnes und unsichtbares Tattoo“, sagte Lu, ein Autor der Studie, „aber mechanisch ist es widerstandsfähig genug, um alle Arten von … Aktivitäten zu überstehen.“

Seit Jahrzehnten platzieren Ärzte Elektroden am Körper, um elektrische Signale von Gehirn und Herz abzulesen. Elektronische Geräte, die uns Auskunft über unseren Gesundheitszustand geben, wie zum Beispiel Blutdruckmessgeräte, werden häufig in der Arztpraxis eingesetzt.

Laut Aaron Franklin, Professor für Elektro- und Computertechnik an der Duke University, wurden einige der ersten „elektronischen Tattoos“ zur Verabreichung von Medikamenten wie Opioiden hergestellt. In den letzten 5 bis 10 Jahren sei die Entwicklung tragbarer elektronischer Sensoren wie Fitbit-Tracker und Smartwatches vorangetrieben worden, um den Gesundheitszustand den ganzen Tag über und nicht nur bei Arztterminen zu überwachen, sagte er.

Lu studiert seit über 12 Jahren E-Tattoos. Sie entwarf ein dehnbares Brusttattoo zur Überwachung der Herzgesundheit und erhielt einen Zuschuss von 1,5 Millionen US-Dollar für die Gestaltung eines E-Tattoos, das Lungenentzündungssymptome aufzeichnet. Sie möchte Sensoren zur Erfassung wichtiger medizinischer Daten entwickeln, die einfach zu tragen und zu verwenden sind.

Das Ziel, sagte sie, sei es, Elektronik, seien es Sensoren oder Prozessoren, „so weich und dehnbar wie menschliches Gewebe“ zu machen.

Wenn wir starke Emotionen wie Aufregung und Stress erleben, füllen sich unsere ekkrinen Schweißdrüsen, wodurch unsere Haut elektrisch leitfähiger wird. Smartwatches können Handgelenkssensoren enthalten, die die Hautleitfähigkeit messen, um den Stresspegel zu verfolgen.

Lu ging noch einen Schritt weiter und verfolgte den Stress in einem Bereich des Körpers, der die höchste Konzentration an ekkrinen Schweißdrüsen enthält: der Handfläche. Ein E-Tattoo für die Handfläche würde dem Träger genauere Stressmesswerte liefern als eine Smartwatch, sagte Lu, aber das Tattoo müsste an einem der aktivsten Körperteile bleiben.

Derzeit sammeln Wissenschaftler Daten über ekkrine Schweißdrüsen an der Handfläche, indem sie Gelelektroden mit herabhängenden Drähten anbringen und diese mit einer Armbanduhr verbinden. Gelelektroden seien steif und sperrig und könnten bei alltäglichen Aktivitäten abfallen, sagte Lu.

Lus Handflächen-E-Tattoo lässt sich wie ein temporäres Tattoo auftragen. Ihr Team schuf außerdem zwei S-förmige Goldbänder, die sich über die Handfläche schlängeln und das Handflächen-Tattoo mit einer Armbanduhr verbinden. Die Armbanduhr sendet die Daten drahtlos an ein Smartphone, wo der Träger sie auslesen kann.

Die Goldbänder sind extrem dünn, nur 750 Nanometer dick. Ein Blatt Papier zum Vergleich ist etwa 100.000 Nanometer dick.

Im Labor bestätigte Lus Team zunächst, dass das E-Tattoo ähnliche Messwerte lieferte wie die Gelelektroden. Dann befestigten sie zwei identische Uhren an den Handgelenken zweier Personen. Eine Uhr war mit Gelelektroden an der Handfläche verbunden. Der andere war mit den hauchdünnen Goldbändern und dem E-Tattoo verbunden.

Sie sammelten 15 Stunden lang Daten, während die Menschen alltäglichen Bewegungen wie Lernen, Essen, Sport treiben und schlafen nachgingen. Die Gelelektroden fielen innerhalb von 15 Stunden drei- bis fünfmal ab. Das E-Tattoo ist nicht abgefallen.

Lus Team ist nicht das erste, das ein E-Tattoo entwickelt hat, aber eines der ersten, das eines für die Handfläche erstellt hat.

Damit E-Tattoos in der medizinischen Welt weit verbreitet sind, müssen laut Franklin von der Duke University zwei wichtige Hindernisse überwunden werden. Erstens müssen ihre Datenwerte stets korrekt sein. Zweitens müssen sie zuverlässige Daten von vielen verschiedenen Patienten sammeln – zum Beispiel solchen, die von Natur aus mehr schwitzen oder unterschiedliche Hauttypen haben.

„Das sind die großen Probleme, die auf jede Technologie zukommen, die über eine wirklich schöne Forschungsarbeit hinausgeht, und das hier ist“, sagte Franklin, der nicht an Lus Forschung beteiligt war.

Damit Lus Handflächen-E-Tattoo Ängste und Depressionen aufspüren kann, bräuchte es eine FDA-Zulassung. Ihr Plan ist es, das Tattoo weiter zu verfeinern, um genaue und kontinuierliche Informationen über Aufregung und Stress zu liefern.

Lu sieht in E-Tattoos eine Möglichkeit, den menschlichen Körper zu „digitalisieren“. Sie stellte im Laufe der Jahre ein Muster in der technischen Entwicklung fest: Der Mensch wird digitaler, da Roboter beginnen, die Fähigkeiten und die Intelligenz des Menschen zu übernehmen. Ihr Ziel ist es, die Menschen noch näher an die Überbrückung dieser Kluft heranzuführen.

Mehr Informationen: Hongwoo Jang et al., Graphen-E-Tattoos für die unobstruktive ambulante elektrodermale Aktivitätserkennung auf der Handfläche, ermöglicht durch heterogene Serpentinenbänder, Nature Communications (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-34406-2

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